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1、物联网导论物联网导论第第1 1章章 物联网概述物联网概述1.1 1.1 物联网物联网简介简介1.2 1.2 物联网体系架构物联网体系架构1.3 1.3 相似概念相似概念1.4 1.4 物联网应用物联网应用1.5 1.5 本章小结本章小结世界潮流，浩浩荡荡，顺者则昌，逆者则亡世界潮流，浩浩荡荡，顺者则昌，逆者则亡。信息技术十五年发展周期定律：信息技术十五年发展周期定律：每隔大约每隔大约1515年，信息技术的发展达到一个高潮。年，信息技术的发展达到一个高潮。-初级计算机（初级计算机（19501950）-大型计算机（大型计算机（19651965年）年）-个人计算机（个人计算机（19801980年）年
2、）-互联网（互联网（19951995年）年）-物联网（物联网（20102010年）年）传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化，典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络等；物联网应用以“物”或者物理世界为中心，涵盖物品追踪、环境感知、智能物流、智能交通、智能电网等等。物联网应用目前正处于快速增长期，具有多样化、规模化、行业化等特点。历史进程历史进程2009“感知中国感知中国感知中国感知中国”2008IBM“智慧地球智慧地球”2005国际电信联盟国际电信联盟ITU互联网报告互联网报告2005：物联网：物联网，指出，指出无所不在的无所不在的“物联网物联网
3、”通信时代即将来临通信时代即将来临1995BillGates未来之路未来之路物物互联物物互联物联网的基本思想出现于物联网的基本思想出现于2020世纪世纪9090年代年代历史进程：主线复杂，来源不单一历史进程：主线复杂，来源不单一RFID1999年，美国麻省理工学院（年，美国麻省理工学院（MIT）Auto-ID中心，提出中心，提出EPC系统及物系统及物联网概念联网概念普适计算（普适计算（Pervasive Computing）感知与互联感知与互联嵌入式系统嵌入式系统20世纪世纪90年代末，传感网起步年代末，传感网起步2006年，年，NSF workshop on CPS(Cyber-Physic
4、al Systems)信息信息-物理融物理融合系统合系统1.1.1物联网的发展物联网的发展1999年美国麻省理工学院Auto-ID中心研究人员提出将RFID与互联网结合，实现在任何地点、任何时间、对任何物品进行标识和管理。2005年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在ITU Internet Reports2005:The Internet of Things正式提出物联网的概念，全面透彻地分析了物联网的可用技术、市场机会、潜在挑战和美好前景等内容。2008年国际电信联盟对泛在传感器网络阐述为通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知和标识，感知的信息依靠网络进行传输和互联，将信
5、息存储和信息处理后，实现各种具体的应用，其目标是使我们的环境变为不需要人类干预、并能为人类服务的智能化世界。1.1.1物联网的发展物联网的发展2009年1月，IBM首席执行官彭明盛与美国奥巴马总统参加美国工商界领袖“圆桌会议”，提出“智慧地球”的概念。“智慧地球”就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”。2009年6月，欧盟制定了欧洲物联网行动计划，该计划涵盖了物联网架构、硬件、软件与算法、标识技术、通信技术、网络技术、网络发现、数据与信号处理技术、知识发现与搜索引擎技术、关系网络管理技术、电能存储技术
6、、安全与隐私保护技术、标准化等关键技术，对物联网未来发展以及重点研究领域给出了明确的路线图。o美国“智慧地球”o日本“i-Japan”计划o韩国“U-Korea”战略o欧盟的欧洲物联网行动计划o中国“感知中国”1.1.1物联网的发展物联网的发展2010年3月5日，物联网首次被写入政府工作报告n物联网被提升到国家战略 2010年10月18日，出台国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定n 物联网行业将得到国家的大力支持2011年4月15日，财政部发布实施物联网发展专项资金管理暂行办法n支持物联网基地关键技术开发与标准化、产业联盟建设等n物联网进入实质实施2011年11月28日，工业和信息化部
7、印发物联网“十二五”发展规划。2013年2月18日，国务院下发了关于推进物联网有序健康发展的指导意见，我国已将物联网作为战略性新兴产业的一项重要组成内容。2011年国内物联网产业规模超过2600亿元 2012年中国物联网产业规模达到3650亿元 目前产业市场特征n总体处于起步阶段，规模化发展估计得到十三五n国家政府主导驱动、行业应用引导产业发展，逐步向市场引导过渡，市场力量正加快进入物联网产业n公共服务行业优先发展（如安防、电力、交通、物流、医疗）n车联网、智能家居等市场化需求加大1.1.2 物联网的基本概念物联网的基本概念物联网基本概念：物联网基本概念：通过条码与二维码、射频标签（RFID）
8、、全球定位系统（GPS）、红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备及系统，按照约定的通信协议，通过各种局域网、接入网、互联网将物与物、人与物、人与人连接起来，进行信息交换与通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。1.1.3物联网的分类物联网的分类部署方式u私有物联网u公有物联网u社区物联网u混合物联网应用领域u医学物联网u交通物联网u家居物联网u1.1.4 物联网的四大技术形态物联网的四大技术形态RFIDRFID是射频识别的英文缩写，又被叫做电子标签、无线射频识别，是一种通信技术。它类似于我们在超市中常见的条码扫描。首先把RFID标签附着于目标物上，然后
9、使用专用的RFID读写器对标签进行感知，主要是利用频率信号将信息由标签传送给读写器。射频识别技术可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。读写器通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。传感网传感网络就是把传感器、定位系统、扫描仪器等信息传感设备和互联网结合起来而形成的一个巨大网络。它让所有的物品都与网络连接在一起，方便了识别和管理。传感网主要由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点组成，它们通过自组织的方式相互连接，行业上说传感网主要解决“最后100米”连接问题。也就是说，现在有
10、一个苹果，在现实中，我们必须通过看、尝、摸、闻，才能形成这个物品是苹果的综合判断。但如果把这几种感知信息上传至网上，那么即使身在远方，也能随时了解到苹果的色香味。M2MM2M是将数据从一台终端传送到另一台终端，从狭义上说，也就是就是机器与机器（Machine to Machine）的对话。目前，人们提到M2M的时候，更多的是指非IT机器设备通过移动通信网络与其他设备或IT系统的通信。从广义上说，M2M代表机器对机器（Machine to Machine）、人对机器（Man to Machine）、机器对人（Machine to Man）、移动网络对机器（Mobile to Machine）之间
11、的连接与通信，它涵盖了所有实现在人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。两化融合两化就是指信息化和工业化的高层次的深度结合，只有把高端的技术引入日常的生活生产，才能产生真正的效益。两化融合包括技术融合、产品融合、业务融合、产业衍生四个方面。常见传感器类型：常见传感器类型：无源传感器：无源传感器：电阻式、电容式电阻式、电容式电感式传感器电感式传感器有源传感器：有源传感器：压电式、磁电式压电式、磁电式热电式传感器热电式传感器光敏传感器光敏传感器气敏传感器气敏传感器湿敏传感器湿敏传感器集成与智能传感器集成与智能传感器传感技术传感技术1.1.5 物联网的支撑技术物联网的支撑技术控制器控制器/移动终
12、端技术移动终端技术控制器就像人体的大脑一样，是指一种主令装置。在计算机中，它由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的决策机构，主要是协调和指挥整个系统的操作。移动终端是指可以在移动中使用的设备，想我们使用的手机、笔记本、平板电脑、POS机甚至车载电脑都是移动终端。工业信息化技术工业信息化技术 当前物联网发展的脚步势不可挡，但是实现快速普及的发展还存在诸多问题，如何将工业与民用结合起来，使工业生产和终端用户能够实时相互了解供需要求，进行有效的信息传递和共享，实现最终的社会资源效率化，这都需要在发展过程中逐步完善。举个简单的例子，当我想买一辆汽车的时候，可以
13、让我实时的知道我的汽车的生产过程，从零件的打磨到发动机的选择都会及时的得到告知。这就是工业和生活的结合，而随着物联网的发展，工业信息化成为一种势不可挡的趋势。具体的讲，它包括 DCS，MES等技术和应用。云计算云计算(Cloud Computing)(Cloud Computing)：云技术通过网络将庞大的计算处理程序自动拆分成无数个较小的子程序，再交给多部服务器所组成的庞大系统经计算分析之后将处理结果回传给用户。通过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和超级计算机同样强大效能的网络服务。成本低廉：成本低廉：IT基础设施和服务的交付和使用模式，即通过网
14、络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）或者服务。提供强大的计算能力：提供强大的计算能力：将计算任务分布在大量的分布式计算机上，使得企业能够按照应用需求使用有限资源，从而充分利用资源、大幅提高整体计算能力。1.2 物联网的三层结构 1.2物联网的四层结构 1.4 相似概念比较相似概念比较物联网vs互联网目前，还是有一个误区，那就是很多人把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台，因为物联网的信息传输基础仍然是互联网。实际上物联网绝不是简单的全球共享互联网的无限延伸。它也可以看作是一种新型网络，因为其用户端延伸和扩展到了物
15、品与物品之间，这与互联网那种电脑相连的网络本质上已经不再相同。物联网既可以是我们平常意义上的互联网向物的延伸；也可以根据现实需要及产业应用组成局域网、专业网。相似概念比较物联网vs无线传感网络无线传感器网络和物联网会用到相同的技术，但是从网络架构和协议上看，物联网与无线传感网络不完全相同，这是根本的区别。从目标特征上看，物联网探测的一定是已知物品，而无线传感网络探测和判断的更多是未知的人或物。相似概念比较物联网vs三网融合三网融合应用广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居等多个领域。以后的手机可以看电视、上网，电视可以打电话、上网，电脑也可以打电话、看电视。三者之间相互交叉
16、，形成你中有我、我中有你的格局。如果说三网融合是将Internet、电信网、广电网业务融合在一起的应用技术及业务模式的话，那么在三网融合的基础上，物联网是客观世界在Internet上的一种应用。相似概念比较泛在网络如果说物联网通信技术旨在实现人和物体、物体和物体之间的沟通和对话，那么为此需要统一的通信协议和技术，大量的IP地址，还要再结合自动控制、纳米技术、RFID、智能嵌入等技术作为支撑。这些协议和技术统称为泛在网络技术。也就是说把泛在网络描述为物联网技术的远景。泛在网络由此成为物联网通信技术的核心。1.4 物联网的应用智能农业智能农业农业监测控制和管理n自动灌溉系统o我国农业用水农业用水量约占总用水量的80%左右 o传感器监测土壤湿度，自动信息分析，电磁阀自动控制灌溉（滴灌、喷雾等）n智能施肥n农产品生产环境监控n温室大棚等环境监控土壤水分监测土壤水分监测智能物流智能物流智能交通智能交通n利用物联网技术提供面向交通运输的服务系统n 交通更加智能、安全、节能、高效 o治堵，缓解交通压力o更安全n十一五以来道路交通事故死亡人数年均7.6万人 智能电网智能电网(Smart Grid)(S
